厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

劉翱飛

(煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 河南鄭州 450007)

厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

劉翱飛

(煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 河南鄭州 450007)

目前，厭氧生物技術(shù)已經(jīng)成為處理工業(yè)廢水的主要途徑，該技術(shù)主要是在厭氧環(huán)境下，通過(guò)厭氧微生物的基本生命活動(dòng)，將有機(jī)物降解為二氧化碳、甲烷等物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)廢水處理的目標(biāo)。本文中，筆者以厭氧生物技術(shù)處理工業(yè)廢水為出發(fā)點(diǎn)，分析了該技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀、制約因素，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望能夠?yàn)橐院髤捬跎锛夹g(shù)的相關(guān)研究做出一些積極的貢獻(xiàn)。

厭氧生物；工業(yè)廢水；甲烷細(xì)菌

近年來(lái)，人們對(duì)有關(guān)厭氧生物基礎(chǔ)知識(shí)的掌握正在逐漸深化。對(duì)于厭氧生物技術(shù)的研究也逐漸成為當(dāng)前的熱潮，尤其對(duì)于甲烷細(xì)菌的研究已經(jīng)成為工業(yè)污水處理領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。歐美學(xué)者對(duì)于該方面的研究已經(jīng)提供了許多的理論基礎(chǔ)，其研究成果主要表現(xiàn)在：當(dāng)前可以使用的關(guān)于厭氧法處理工業(yè)廢水的工業(yè)裝置正在不斷的更新，目前歐美地區(qū)的相關(guān)設(shè)備早已超過(guò)了60套。

在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用厭氧生物技術(shù)已經(jīng)有將近一百年的歷史了，它的基本原理是，在無(wú)氧環(huán)境下，厭氧微生物的生命力十分旺盛，此時(shí)可以利用它的這種性能將各種有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等，厭氧處理的過(guò)程中，會(huì)將復(fù)雜的有機(jī)物降解為簡(jiǎn)單穩(wěn)定的化合物，從而實(shí)現(xiàn)污水處理。由于能耗低、污染小、資源利用率高等優(yōu)勢(shì)，厭氧生物技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)工業(yè)企業(yè)處理工業(yè)廢水的首選方式。為此，我們有必要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，以促進(jìn)其未來(lái)對(duì)工業(yè)廢水處理起到更大的作用。

1 厭氧生物處理技術(shù)的相關(guān)機(jī)理

1.1 關(guān)于厭氧生化的三個(gè)階段

微生物共生體的活動(dòng)中需要完成許多復(fù)雜細(xì)菌的組成，該過(guò)程中就涉及到了關(guān)于厭氧生物的處理問(wèn)題。為方便進(jìn)行研究，相關(guān)人員習(xí)慣于將復(fù)雜的厭氧微生物的生活過(guò)程分成四個(gè)環(huán)節(jié)，分別為：水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段以及產(chǎn)甲烷階段。但就目前而言，人們認(rèn)為將其劃分為三個(gè)階段，能夠更加全面、準(zhǔn)確的對(duì)厭氧細(xì)菌的生理活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行描述。

1.2 將厭氧生物技術(shù)用于工業(yè)廢水處理過(guò)程的可行性

厭氧生物處理可以被具體解釋為以下原理，即厭氧條件下，通過(guò)兼性厭氧菌以及厭氧細(xì)菌和其他微生物之間的作用，將有機(jī)物中的甲烷和二氧化碳進(jìn)行降解的過(guò)程。該過(guò)程不需要外界資源的輔助，被還原的有機(jī)物可以作為受氫體，同時(shí)產(chǎn)生甲烷氣體。相對(duì)于好氧生物技術(shù)而言，厭氧生物技術(shù)的使用將有更廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。首先，厭氧技術(shù)的成本較低，工業(yè)廢水的排放在厭氧處理技術(shù)下經(jīng)濟(jì)效益更高。其次，厭氧生物技術(shù)將會(huì)降低企業(yè)的下排污罰款量。此外，厭氧系統(tǒng)處理污泥的成本相對(duì)于好氧生物技術(shù)而言是微不足道的。最后，好氧活性污泥每去除1 kgBOD耗氧量為 1.2kg～1.5kg，1000kgCOD耗電量為（1.44— 3.6）×108J，而厭氧生物去除1000 kgCOD耗電量為（2.52～5.4）×107J。由于以上優(yōu)勢(shì)，厭氧生物處理技術(shù)已經(jīng)逐步成為工業(yè)處理廢水的主要工具。

2 影響厭氧生物技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的幾個(gè)因素

厭氧生物的生存受到諸多因素的限制，為此，想要利用厭氧生物進(jìn)行工業(yè)廢水處理就需要為其營(yíng)造一個(gè)良好的繁殖環(huán)境。廢水厭氧硝化過(guò)程中，不同的微生物群的生理作用是聯(lián)合完成的，為此就要對(duì)各種因素進(jìn)行綜合考慮，以保證最優(yōu)的技術(shù)效果。下面就以下因素來(lái)分析影響厭氧生物技術(shù)效果的幾點(diǎn)因素。

2.1 溫度

要保證厭氧生物的生存，溫度是主要前提。一般而言，甲烷菌適宜生存的溫度為50℃～60℃，如果將溫度控制在35℃或者53℃左右，厭氧生物的硝化作用將十分顯著，而40℃～45℃時(shí)，硝化率將明顯降低。通過(guò)區(qū)分適宜溫度，可以將厭氧生物的硝化分為三類，分別為：常溫硝化、中溫硝化以及高溫硝化。

2.2 pH值

適宜的pH值是保證厭氧生物生存的另外一個(gè)因素，厭氧生物的硝化作用離不開(kāi)pH值的輔助。例如，甲烷菌的繁殖需要保證酸堿適中，pH值大約保持在7.0～7.2之間，產(chǎn)酸菌的pH值應(yīng)控制在4.5～8.0之間。在利用厭氧生物技術(shù)處理污水時(shí)，厭氧體系相當(dāng)于pH值的緩存體，為此繁衍酸菌和甲烷菌會(huì)在一個(gè)處理器中完成，那么該環(huán)境下的pH值就應(yīng)該控制在6.8～7.2之間。

2.3 氧化還原電位

嚴(yán)格的無(wú)氧環(huán)境是保證產(chǎn)甲烷菌正常活動(dòng)的基本因素，也是保證其繁殖的重要條件。研究人員可以借助濃度與電位之間的關(guān)系，分析判斷厭氧反應(yīng)器中的氧氣濃度。一般情況下，最適合產(chǎn)甲烷菌的氧化還原電位的范圍是-150mv～-400mv，最適合非產(chǎn)甲烷菌的氧化還原電位的范圍是-100mv～100mv。

2.4 有機(jī)負(fù)荷

據(jù)研究調(diào)查，有機(jī)負(fù)荷將會(huì)直接影響厭氧生物的厭氧硝化率，它對(duì)處理器的產(chǎn)氣量和工作效率都將起到?jīng)Q定性作用。在一定范圍內(nèi)，厭氧生物處理器的有機(jī)負(fù)荷與產(chǎn)氣率成相反趨勢(shì)變化，而與其容量則呈正相關(guān)。

2.5 F/M比

相對(duì)于好氧生物而言，厭氧生物技術(shù)處理方式下的有機(jī)負(fù)荷更高，通常情況下可以保持在5 kgCOD/m·d～10 kgCOD/m·d之間，有時(shí)甚至能夠達(dá)到50 kgCOD/m·d～80 kgCOD/m·d之間。想要選擇較高或較低負(fù)荷啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，一定要考慮該反應(yīng)器此時(shí)擁有的生理量的高低。

2.6 有毒物質(zhì)

一些有毒物質(zhì)的存在會(huì)直接影響到厭氧生物的生存，例如：重金屬、硫酸鹽以及氨氮等。一旦厭氧消化過(guò)程中摻入硫酸鹽，其很容易被還原為硫化合物，這將抑制產(chǎn)甲烷過(guò)程。如果此時(shí)在反應(yīng)器中加入金屬鹽類，很容易使這些有害物質(zhì)的毒害作用得到緩沖。

3 將厭氧生物技術(shù)應(yīng)用于處理工業(yè)廢水的發(fā)展前景

近年來(lái)，隨著研究人員對(duì)于厭氧生物技術(shù)的不斷完善，對(duì)于厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水領(lǐng)域的應(yīng)用也越發(fā)成熟。較為典型的研究成果有：厭氧濾池、升流式厭氧污泥床以及厭氧膨脹顆粒污泥床等。這些技術(shù)雖然較過(guò)去而言已經(jīng)有了很大進(jìn)步，但還存在一定的不足有待完善。綜合微生物和化學(xué)的角度，厭氧處理只是一個(gè)預(yù)處理過(guò)程，它要在完成水處理的前提下，去除殘留的有機(jī)物質(zhì)。因此，在高濃度有機(jī)廢水處理過(guò)程中經(jīng)常采用厭氧生物技術(shù)為主要處理方式。未來(lái)的工業(yè)廢水處理手段也應(yīng)主要采用厭氧生物技術(shù)來(lái)支持，以好氧生物處理技術(shù)為其輔助路線。為此，以后的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)人員可以考慮對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

3.1 由于相對(duì)于好氧生物處理方法而言，厭氧生物技術(shù)的能源耗用量較小、成本費(fèi)用較低，加之污泥量少、易于處置等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為提升城市工業(yè)廢水處理率的最主要途徑。但是，由于厭氧物質(zhì)對(duì)于有毒物的高敏感性，產(chǎn)甲烷菌的繁殖過(guò)程將很容易受到硫化物、重金屬的破壞。為此，以后的研究中，為提高其效用，需要將工業(yè)上的其他污水處理技術(shù)與現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，以構(gòu)成一個(gè)綜合處理循環(huán)系統(tǒng)，例如：好氧—厭氧—濕池等。

3.2 由于受到環(huán)境以及其它制約因素的限制，單獨(dú)使用厭氧技術(shù)處理工業(yè)廢水的方式還沒(méi)有被廣泛投入使用。對(duì)厭氧出水的后續(xù)處理過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，將是解決這一問(wèn)題的不錯(cuò)辦法。例如，厭氧技術(shù)+酸化+好養(yǎng)技術(shù)的使用，它能夠在前半段去除大多數(shù)COD（循環(huán)過(guò)程中的能源消耗能由此而大幅度降低），后半段的出水量可以采取不同規(guī)定下的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的工業(yè)廢水處理體系還存在一定的缺陷，厭氧生物技術(shù)具有能耗低、成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)的使用能夠很好地對(duì)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行處理。未來(lái)，隨著相關(guān)研究的不斷深入，對(duì)于厭氧技術(shù)和好氧技術(shù)的結(jié)合研究將會(huì)成為研究人員探討的重點(diǎn)，要知道它們應(yīng)該是一個(gè)相輔相成的有機(jī)整體。工業(yè)廢水的有效處理，單一的技術(shù)是難以完成的，只有兩種技術(shù)結(jié)合使用才能實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益，若果能將其進(jìn)一步改良和完善，終將探索出一條能效高、耗能低、符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的治理污水的最優(yōu)途徑。

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